‘Hah, Itu Lucu’: Ahli Fizik Gembira dengan Pengukuran Baharu untuk W Boson

Dua pekerja pada pelanggar zarah Fermilab.

Kerjasama ratusan saintis telah mengukur jisim W boson dengan tepat, zarah asas yang bertanggungjawab untuk daya nuklear yang lemah. Para penyelidik mendapati, mengejutkan mereka, bahawa boson adalah lebih besar daripada yang diramalkan oleh Model Standard fizik zarah, teori kerja yang menerangkan beberapa kuasa asas di alam semesta.

Nilai baharu itu diekstrak daripada eksperimen dan pengiraan selama 10 tahun oleh 400 penyelidik di 54 institusi berbeza di seluruh dunia, satu usaha yang menakjubkan. Semua data dikumpul daripada eksperimen di empat tingkat tinggi, 4,500-tan Pengesan Collider (pendek kata CDF-II) di pemecut Tevatron Fermilab berhampiran Chicago, Illinois.

Kerjasama CDF mendapati W jisim boson ialah 80,433 +/- 9 MeV/c^2, angka yang kira-kira dua kali lebih tepat daripada ukuran sebelumnya jisim. Untuk rasa skala, ukuran baharu meletakkan boson W pada kira-kira 80 kali jisim proton. Keputusan pasukan adalah diterbitkan hari ini dalam Sains.

“Sebenarnya, apa yang berlaku di sini ialah kekerapan kebanyakan perkara berlaku dalam sains. Kami melihat nombor itu, dan kami berkata, ‘Hah, itu kelakar,’” kata David Toback, ahli fizik di Texas A&M University dan jurucakap CDF Collaboration, dalam panggilan video.. “Anda boleh melihat ia hanya membasuh orang. Ia senyap. Kami tidak tahu apa yang perlu dilakukan.”

“Kami sangat terkejut [with the result],” tulis Ashutosh Kotwal, ahli fizik di Universiti Duke dan ahli kerjasama CDF, dalam e-mel. “Kami sangat tertumpu pada ketepatan dan keteguhan analisis kami sehingga nilai itu sendiri adalah seperti kejutan yang mengagumkan.”

Boson W dikaitkan dengan daya nuklear yang lemahinteraksi asas yang bertanggungjawab untuk satu jenis pereputan radioaktif dan pelakuran nuklear yang berlaku dalam bintang. Jangan risau—boson yang mempunyai jisim yang sangat berbeza daripada yang dijangkakan tidak bermakna kita telah salah faham sepenuhnya perkara seperti pelakuran nuklear—tetapi ini bermakna masih banyak yang kita tidak faham tentang zarah yang membentuk alam semesta kita dan bagaimana mereka berinteraksi.

Graf yang menggambarkan keputusan tepat percubaan baru-baru ini.

“Model Standard adalah yang terbaik yang kami ada untuk fizik zarah. Ia sangat bagus. Masalahnya, kami tahu kami salah,” kata Toback. “Jadi dari perspektif saintis, ahli eksperimen cuba berkata, ‘Ya, bolehkah kita mencari sesuatu yang Model Standard tidak meramalkan dengan betul, yang mungkin memberi kita petunjuk kepada apa yang lebih benar?‘”

Model Standard meramalkan nilai untuk jisim W boson, nilai yang cuba dicabar oleh pasukan dengan menilai 4 juta calon W boson yang dihasilkan oleh perlanggaran antara proton dan antiproton di Fermilab. Keputusan mereka adalah lebih tinggi daripada ramalan Model Standard dengan tujuh kekalahan sisihan piawai. Kotwal, yang telah menerbitkan lima pengukuran jisim zarah yang semakin tepat dalam tempoh 28 tahun yang lalu, berkata bahawa “tkemungkinan kenaikan 7 sisihan piawai sebagai kebetulan statistik adalah kurang daripada 1 dalam satu bilion.”

Toback menyamakan ukuran itu dengan mengukur berat seekor gorila seberat 800 paun dalam satu auns berat sebenar. Seperti halnya dengan banyak eksperimen sains—terutamanya dalam fizik zarah, di mana jisim sangat sedikit—para penyelidik membutakan keputusan mereka, untuk memastikan pengiraan tidak terjejas oleh sebarang jangkaan atau harapan pasukan penyelidik.

Tetapi kini, dengan ukuran yang luar biasa tepat yang berbeza daripada sebelumnya, lebih rendah anggaran, ahli fizik mempunyai tugas yang sukar dicemburui untuk memikirkan perkara yang tidak diambil kira oleh Model Standard. Sudah tentu ini bukan kali pertama fizik subatomik telah terbukti berbeza dalam realiti daripada tekaan terbaik manusia. April lepasKerjasama Muon g-2 menemui bukti lanjut bahawa sifat-sifat muon (zarah subatom lain) mungkin tidak bersetuju dengan ramalan Model Standard. Dan dua fakta terpenting alam semesta kita—graviti dan jirim gelap—adalah terkenal tidak dijelaskan oleh model.

Seorang pekerja memandang ke arah pengesan besar-besaran.

Pengesan Collider Fermilab adalah 4 tingkat tinggi dan 4,500 tan.
Foto: © CORBIS/Corbis (Imej Getty)

“Untuk mengetahui apakah teori yang lebih asas, adalah penting untuk mencari fenomena yang tidak dapat dijelaskan oleh [Standard Model],” melalui e-mel Claudio Campagnari, seorang ahli fizik di Universiti California – Santa Barbara yang tidak mempunyai kaitan dengan kajian baru-baru ini. “Dengan kata lain, fenomena di mana [Standard Model] anggaran rosak.” Campagmari mengarang bersama a Artikel perspektif tentang ukuran baru.

Terdapat percubaan yang ditetapkan untuk melakukan perkara itu; mereka akan siasat implikasi penemuan hari ini dengan eksperimen perlanggaran yang berbeza. Keputusan masih keluar daripada ATLAS dan Solenoid Muon Padat (CMS)dua pengesan di Large Hadron Collider CERN (dua pengesan yang bertanggungjawab untuk penemuan boson Higgs 10 tahun yang lalu). Dan juga Bercahaya Tinggi Besar Hadron Collider—an naik taraf itu akan meningkatkan bilangan perlanggaran yang mungkin dengan faktor 10—juga akan meningkatkan peluang melihat zarah baharu yang menarik apabila ia siap pada 2027.

Perlanggaran CDF adalah antara proton dan antiproton, manakala Large Hadron Pelanggar menghasilkan perlanggaran proton-proton. Kotwal berkata jika manusia pernah membina pelanggar elektron-positron, ia akan membolehkan pengukuran yang tepat dan carian untuk proses jarang yang Besar Hadron Pelanggar tidak boleh menghasilkan.

Seperti yang dikatakan oleh Martijn Mulders, ahli fizik di CERN yang menulis bersama artikel Perspektif dalam e-mel, ahli fizik akan mengambil pendekatan serampang dua mata untuk menguji model: mengukur zarah yang diketahui (seperti boson W) dengan ketepatan yang semakin meningkat, serta menemui zarah yang sama sekali baru. Zarah baru adalah sering ditemui melalui pemburuan ‘bump’: menyaring bunyi bising mosh pit subatomik untuk melihat apa yang tercipta tanpa diduga.

Pemecut Tevatron ditutup pada tahun 2011, sejurus selepas kerjasama itu menamatkan larian percubaannya. Jadi keputusan hari ini adalah sesuatu kehidupan selepas kematian untuk instrumen bertingkat, W besar untuk pasukan dan fizik zarah secara keseluruhan.

Lagi: X-ray Souped-Up Ini Hampir Bersedia untuk Zap Stuff

We would like to say thanks to the writer of this write-up for this awesome content

‘Hah, Itu Lucu’: Ahli Fizik Gembira dengan Pengukuran Baharu untuk W Boson


Find here our social media profiles , as well as the other related pageshttps://paw6.info/related-pages/